JPS6297243A - Electrolytic ionization ion source - Google Patents

Electrolytic ionization ion source

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JPS6297243A
JPS6297243A JP23883285A JP23883285A JPS6297243A JP S6297243 A JPS6297243 A JP S6297243A JP 23883285 A JP23883285 A JP 23883285A JP 23883285 A JP23883285 A JP 23883285A JP S6297243 A JPS6297243 A JP S6297243A
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JP
Japan
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needle
tungsten
ion source
reservoir
ion beam
Prior art date
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Pending
Application number
JP23883285A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Morimoto
森本 博明
Hiroshi Onoda
小野田 宏
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make the needle surface chemically stable and to take out a stable ion beam by forming a needle in an electrolytic ionization type ion source with a tungsten carbide layer being provided on the surface of a tungsten needle. CONSTITUTION:A needle 14 in an electrolytic ionization type ion source is formed by providing a tungsten carbide layer 15 on the surface of a tungsten needle. Then it is placed in a reservoir 12 together with material to be ionized thereafter heated through a heating means 13 to moisten the surface of the needle 14 with a fused material 11. Thus, an ion beam 17 is taken out by means of a take-out electrode 16. the surface of th needle 14 is chemically stabilized by means of the tungsten carbide layer 15, thus preventing reaction with the needle 14 even when employing a chemically active material such as boron as the ionizing material. Consequently, the ion beam can be taken out stably for long time.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、イオンビームを発生する電解電離型イオン
源に関する。この種の電解電離型イオン源は、たとえば
半導体の加工等に用いられる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an electrolytic ionization type ion source that generates an ion beam. This type of electrolytic ionization type ion source is used, for example, in processing semiconductors.

[従来の技術] 0.1μ−程度に細く集束したイオンビームを偏向器を
用いて走査することにより、マスクやレジストを用いず
に直接半導体基板のエツチングやイオン注入を行なうこ
とができる。この目的のために、輝度が高く、かつソー
スサイズの小さい電解電離型イオン源が用いられる。
[Prior Art] By scanning an ion beam narrowly focused to about 0.1 μm using a deflector, it is possible to directly perform etching or ion implantation of a semiconductor substrate without using a mask or resist. For this purpose, an electrolytic ionization type ion source with high brightness and small source size is used.

第3図は、そのような電解電離型イオン源の−例を示す
図でおる。この電解電離型イオン源は、R、Clamp
itt等によりN uclear  1 n5true
+entsand Meth*ds第149Wp、73
9〜742 (1978年)に発表されているものであ
る。
FIG. 3 is a diagram showing an example of such an electrolytic ionization type ion source. This electrolytic ionization type ion source has R, Clamp
Nuclear 1 n5true by itt et al.
+entsand Meth*ds 149th Wp, 73
9-742 (1978).

第3図を参照して、電解電離型イオン源は、イオン化す
べぎ物質31を内部に蓄えているリザーバ32と、タン
グステンよりなるニードル34と、加熱用ヒータ33と
、イオンビーム引出電極35とを備える。
Referring to FIG. 3, the electrolytic ionization type ion source includes a reservoir 32 in which a substance to be ionized 31 is stored, a needle 34 made of tungsten, a heating heater 33, and an ion beam extraction electrode 35. Be prepared.

イオン化すべき物質31をリザーバ32内に入れておき
、加熱用ヒータ33によって加熱を行なうと、イオン化
すべき物質31は溶融状態となってタングステンニード
ル34の表面を濡らす。そして、この溶融物質は、タン
グステンニードル34の先端部にまで流れていく。そし
て、イオンビーム引出電極35に、ニードル34に対し
4〜10KVの負電圧を印加すると、ニードル34の先
端に電界が集中し、電界放出によりニードル34の先端
部にある溶融物質31はイオンビーム36となって放出
される。
When the substance 31 to be ionized is placed in the reservoir 32 and heated by the heater 33, the substance 31 to be ionized becomes molten and wets the surface of the tungsten needle 34. This molten material then flows to the tip of the tungsten needle 34. Then, when a negative voltage of 4 to 10 KV is applied to the ion beam extraction electrode 35 with respect to the needle 34, an electric field is concentrated at the tip of the needle 34, and the molten substance 31 at the tip of the needle 34 is transferred to the ion beam 34 by field emission. and is released.

図示するタイプのイオン源は、ソースサイズが非常に小
さく、またPi4度が非常に高いために、集束光学系を
用いてイオンビームを“直径0.1μ−あるいはそれ以
Fにまで集束ケることができ、半導体素子製作・\の応
用が期待されている。
The type of ion source shown has a very small source size and a very high Pi4 degree, making it possible to focus the ion beam to a diameter of 0.1μ or more using focusing optics. It is expected to be used in semiconductor device manufacturing.

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、図示するl11w1i離型1′オン源に
は以下のような問題点があった。すなわち、ニードル3
4の材質としては、一般的には、高融点を有するタング
ステンが用いられている。しかし、イオン化すべき物質
31が活性度の高い物質であるような場合、たとえばシ
リコン半導体素子に対してP型の不純物として広く用い
られている硼素なとをイオン化すべき物質31として採
用した場合などには、硼素が高1の下でニードル34の
材質であるタングステンと反応し、ニードル34の先端
形状を変化させてしまう。そのため、このような活性度
の高い物質に苅しては、安定なイオンビームを得ること
ができない。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the illustrated l11w1i mold release 1' on source had the following problems. That is, needle 3
As the material 4, tungsten having a high melting point is generally used. However, when the substance 31 to be ionized is a highly active substance, for example, when boron, which is widely used as a P-type impurity in silicon semiconductor devices, is adopted as the substance 31 to be ionized. In this case, boron reacts with tungsten, which is the material of the needle 34, under the height 1, changing the shape of the tip of the needle 34. Therefore, it is not possible to obtain a stable ion beam by using such a highly active substance.

この発明は、このような問題点を解消写るためになされ
たものであり、その目的は、活性度の高い物質に対して
も安定なイオンビームを引出すことのできる電解電離型
イオン源を提供することである。
This invention was made to solve these problems, and its purpose is to provide an electrolytic ionization type ion source that can extract a stable ion beam even from highly active substances. That's true.

[問題点を解決するための手e] この発明に従った電解電離型イオン源は、以下のちのを
備えろ。
[Measures for solving the problem e] The electrolytic ionization type ion source according to the present invention has the following features.

83表面に炭化タングステン層を形成したタングステン
ニードル b、溶融状態となっているイオン化すべき物質を内部に
蓄え、かつ前記タングステンニードルの先端部にまでイ
オン化すべき物質を供給できるようにされたリザーバ C6前記タングステンニードルおよび前記リザーバを加
熱する加熱手段 d、  #i記タングステンニードルの先端部に対し数
KVの正電位を印加するイオンビーム引出電極 [作用] タングステンニードルの表面には炭化タングステン層が
形成されているので、タングステンニードルの表面が化
学的に安定する。
83 A tungsten needle b having a tungsten carbide layer formed on its surface, a reservoir C6 that stores therein a substance to be ionized in a molten state and is capable of supplying the substance to be ionized to the tip of the tungsten needle. Heating means d for heating the tungsten needle and the reservoir; #i An ion beam extraction electrode for applying a positive potential of several KV to the tip of the tungsten needle [Function] A tungsten carbide layer is formed on the surface of the tungsten needle. This makes the surface of the tungsten needle chemically stable.

[実施例] 第1図は、この発明の一実施例を示す概略断面図である
。図示する電解電離型イオン源は、イオン化すべき物質
11を内部に貯蔵するリザーバ12と、ヒータのような
加熱手段13と、タングステンよりなるニードル14と
、イオンビーム引出N極16とを備えろ。タングステン
ニードル14の表面には、炭化タングステン層15が形
成されている。
[Example] FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the present invention. The illustrated electrolytic ionization type ion source includes a reservoir 12 for storing therein a substance 11 to be ionized, a heating means 13 such as a heater, a needle 14 made of tungsten, and an ion beam extraction N pole 16. A tungsten carbide layer 15 is formed on the surface of the tungsten needle 14 .

イオン化すべき物w11をリザーバ12内に入れておき
、加熱手段13によってタングステンニードル14およ
びリザーバ12を加熱する。すると、イオン化すべき物
質11は、溶融してタングステンニードル14の表面を
濡らし、該ニードル14の先端部にまで流れていく。タ
ングステンニードル14の表面は、化学的に安定な炭化
タングステンm 15によって覆われているので、たと
えイオン化すべき物質11が硼素のような化学的に活性
な物質であったとしても、その活性す物質がタングステ
ン二〜ドル14と反応するというようなことはない。な
お、好ましくは、リザーバ12も、セラミックのような
化学的に安定な物質で作られる。このような材質を用い
れば、リザーバ12がイオン化すべき物質11と反応す
るようなことはない。
The substance to be ionized w11 is placed in the reservoir 12, and the tungsten needle 14 and the reservoir 12 are heated by the heating means 13. Then, the substance 11 to be ionized melts, wets the surface of the tungsten needle 14, and flows to the tip of the needle 14. Since the surface of the tungsten needle 14 is covered with chemically stable tungsten carbide m 15, even if the substance 11 to be ionized is a chemically active substance such as boron, the active substance There is no such thing as reacting with tungsten. Note that the reservoir 12 is also preferably made of a chemically stable material such as ceramic. If such a material is used, the reservoir 12 will not react with the substance 11 to be ionized.

イオンビーム引出電極16に、タングステンニードル1
4に対し4〜10KVの負電圧を印加すると、ニードル
14の先端部からイオンビーム17が放出される。
A tungsten needle 1 is attached to the ion beam extraction electrode 16.
When a negative voltage of 4 to 10 KV is applied to the needle 14, the ion beam 17 is emitted from the tip of the needle 14.

前述したように、タングステンニードル14の表面には
炭化タングステン1115が形成されているが、このJ
:うなニードルの製造方法の一例を以下に説明する。
As mentioned above, tungsten carbide 1115 is formed on the surface of the tungsten needle 14, but this J
: An example of a method for manufacturing eel needles will be described below.

第2図は、iEN’l離型イオン源に用いられるニード
ルの製造工程を順次的に示す図である。まず、<a >
で示すように、直径0.1〜0.5111m程変のタシ
ダステンワイヤ21を用意する。次に、(b)で示すよ
うに、タングステンワイヤ21のJaを、たとえば水酸
化カリウム中で電解エツチングづ゛ることによって、尖
らせる。22はイのように加工しで尖らせた先端部であ
り、その先端は半径5timあるいはそれ以下の大きさ
とされている。次に、CC)で示すように、タングステ
ンワイヤ21の表面に、真空清者法によって炭素膜23
を形成する。次に、(d )で示すように、表面に炭M
膜23が形成されているタングステン91′ヤ21を、
窒素雰囲気中で約1000℃にて熱処理することによっ
て、タングステンワイヤ21の表面を炭化タングステン
1i!324にする。
FIG. 2 is a diagram sequentially showing the manufacturing process of a needle used in the iEN'l release ion source. First, <a>
As shown in , Tashidasten wires 21 having diameters varying from 0.1 to 0.5111 m are prepared. Next, as shown in (b), the Ja of the tungsten wire 21 is sharpened by electrolytic etching, for example, in potassium hydroxide. Reference numeral 22 denotes a sharpened tip as shown in A, and the tip has a radius of 5 tim or less. Next, as shown in CC), a carbon film 23 is applied to the surface of the tungsten wire 21 by a vacuum cleaner method.
form. Next, as shown in (d), carbon M
The tungsten layer 21 on which the film 23 is formed is
By heat-treating at about 1000° C. in a nitrogen atmosphere, the surface of the tungsten wire 21 is made into tungsten carbide 1i! Set it to 324.

なお、第1図に示した実施例では、リザーバ12の材料
として、セラミックを用いるように説明したが、それ以
外の材料を用いてリザーバ12を作ってもよい。子のよ
うな材料としては、たとえば、カーボン、表面に炭化タ
ングステン層を形成したタングステン、または金属の炭
化物などが挙げられる。1なわち、リザーバ12を形成
する材料とし・て1沫、化学的に安定な物質であればど
のようなものを用いてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 1, ceramic is used as the material for the reservoir 12, but the reservoir 12 may be made of other materials. Examples of the material include carbon, tungsten with a tungsten carbide layer formed on the surface, or metal carbide. 1. That is, as the material for forming the reservoir 12, any chemically stable substance may be used.

[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、タングステンニード
ルの表面に炭化タングステン層が形成されているので、
タングステンニードルの表面は化学的に安定になる。し
たがって、イオン化すべき物質としてたとえば硼素のよ
うな化学的に活性な物質を用いたとしても、その活性物
質とタングステンニードルとが反応することはなく、そ
の結果安定なイオンビームを長時間取出すことが可能に
なる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, since the tungsten carbide layer is formed on the surface of the tungsten needle,
The surface of the tungsten needle becomes chemically stable. Therefore, even if a chemically active substance such as boron is used as the substance to be ionized, the active substance will not react with the tungsten needle, and as a result, a stable ion beam cannot be extracted for a long time. It becomes possible.

【図面の簡単な説明】 第1図は、この発明の一実施例を示す概略断面図である
。第2図は、この発明に用いられるタングステンニード
ルの製造工程の一例を順次的に示す図である。 第3図は、従来の電解電離型イオン源の概略断面図で、
ある。 図において、11はイオン化すべき物質、12はリザー
バ、13は加熱手段、14はタングステンニードル、1
5は炭化タングステン層、16はイオンビーム引出電極
、17はイオンビームを示す。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram sequentially showing an example of the manufacturing process of the tungsten needle used in the present invention. Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a conventional electrolytic ionization type ion source.
be. In the figure, 11 is a substance to be ionized, 12 is a reservoir, 13 is a heating means, 14 is a tungsten needle, 1
5 is a tungsten carbide layer, 16 is an ion beam extraction electrode, and 17 is an ion beam.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)表面に炭化タングステン層を形成したタングステ
ンニードルと、 溶融状態となっているイオン化すべき物質を内部に蓄え
、かつ前記タングステンニードルの先端部にまでイオン
化すべき物質を供給できるようにされたリザーバと、 前記タングステンニードルおよび前記リザーバを加熱す
る加熱手段と、 前記タングステンニードルの先端部に対し数KVの正電
位を印加するイオンビーム引出電極と、を備える、電解
電離型イオン源。
(1) A tungsten needle with a tungsten carbide layer formed on its surface, a molten substance to be ionized stored inside, and the substance to be ionized to be supplied to the tip of the tungsten needle. An electrolytic ionization type ion source comprising: a reservoir; a heating means for heating the tungsten needle and the reservoir; and an ion beam extraction electrode for applying a positive potential of several KV to the tip of the tungsten needle.
(2)前記リザーバの材質が、セラミックである、特許
請求の範囲第1項に記載の電解電離型イオン源。
(2) The electrolytic ionization type ion source according to claim 1, wherein the material of the reservoir is ceramic.
(3)前記リザーバの材質が、カーボンである、特許請
求の範囲第1項に記載の電解電離型イオン源。
(3) The electrolytic ionization type ion source according to claim 1, wherein the material of the reservoir is carbon.
(4)前記リザーバの材質が、表面に炭化タングステン
層を形成したタングステンである、特許請求の範囲第1
項に記載の電解電離型イオン源。
(4) The material of the reservoir is tungsten with a tungsten carbide layer formed on the surface, claim 1.
The electrolytic ionization type ion source described in .
(5)前記リザーバの材質が、金属の炭化物である、特
許請求の範囲第1項に記載の電解電離型イオン源。
(5) The electrolytic ionization type ion source according to claim 1, wherein the material of the reservoir is a metal carbide.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004010455A3 (en) * 2002-07-23 2004-07-08 Guardian Industries Ion beam source with coated electrode

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004010455A3 (en) * 2002-07-23 2004-07-08 Guardian Industries Ion beam source with coated electrode
US6815690B2 (en) 2002-07-23 2004-11-09 Guardian Industries Corp. Ion beam source with coated electrode(s)

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